(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する前面基板及び背面基板と、上記前面基板及び背面基板に挟持された調光層とを備える表示素子、およびバックライトを備える表示装置であって、
上記調光層は、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能であり、
上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられており、
上記溝は、頂角が９０°である複数の凸部の間に形成されており、
上記前面基板側から上記溝に入射した光の少なくとも一部は、上記溝を構成する２つの面にて反射することによって再帰性反射し、
上記バックライトの出射光は、上記溝を構成する何れの面からも上記調光層に入射することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
上記溝は、上記前面基板の表示面に対して、傾斜した傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
上記傾斜面の法線と、上記表示面の法線とのなす角が、３６度以上であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
上記溝の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が三角形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
上記溝は、上記溝の延伸方向と直交する方向に、複数本連続して設けられており、
隣接する溝の間の凸部の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が直角三角形であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
上記溝は、隣り合う溝同士の間隔がそれぞれ異なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
上記溝は、隣り合う溝同士の間隔が６μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
上記背面基板に、凹凸が形成されている光学部材が積層されることで、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
上記背面基板の表面に凹凸が形成されることで、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
対向する前面基板及び背面基板と、上記前面基板及び背面基板に挟持された調光層とを備える表示素子、およびバックライトを用いた表示方法であって、
上記調光層は、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能であり、
上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられており、
上記溝は、頂角が９０°である複数の凸部の間に形成されており、
上記バックライトの出射光を、上記溝を構成する何れの面からも上記調光層に入射させ、
上記調光層を透明状態として、上記前面基板側から上記溝に入射した光の少なくとも一部を、上記溝を構成する２つの面にて反射させることによって再帰性反射させて正反射方向への反射を抑制するとともに、上記背面基板側からの入射光について、上記前面基板の表示面の法線方向への出射を抑制することで、暗表示を行い、
一方、上記調光層を光散乱状態として、上記前面基板側からの入射光及び上記バックライトの出射光について、上記法線方向へ出射させることで、明表示を行うことを特徴とする表示方法。
【請求項１１】
上記溝は、上記溝の延伸方向と直交する方向に、複数本連続して設けられており、
上記溝の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が三角形であり、
隣接する溝の間の凸部の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が直角三角形であることを特徴とする請求項１０に記載の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は調光層の状態を、入射光を散乱させる散乱状態と入射光を透過させる透明状態とに切り換えることで表示を行う表示素子及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型の表示装置は消費電力が小さく、またバックライトを必要としないため簡易な表示には適している。半透過型の表示装置は、外光の反射光とともにバックライトからの光等、表示装置の背面から入射する光を利用することで、反射型表示装置よりも高輝度の表示をすることができる。
【０００３】
図９は、特許文献１の液晶表示装置の断面図である。特許文献１には、液晶表示装置の前面側から入射する光と背面側から入射する光とを利用して明るい表示を得るために、形状に特徴のある光学部材９７を利用することが記載されている。
【０００４】
具体的には、光学部材９７の断面は、透明基板９２と接する前面側が平坦であり、背面部が山部と谷部とが連続的につながった凹凸形状になっている。
【０００５】
上記光学部材９７は、液晶表示装置の前面側から入射した光を、角度選択性をもって反射する。また、上記光学部材９７は、背面側から入射した光を、角度選択性をもって前面側に透過させる。特許文献１の液晶表示装置は、液晶層９３に二色性色素を含んでおり、二色性色素の入射光の吸収により明暗表示を行っている。
【０００６】
特許文献２には、金属蒸着膜が形成されたプリズムシートからなり、より広い範囲で明るい表示を得ることのできる半透過型反射板としての再帰性反射板について記載されている。
【０００７】
特許文献３には、光の透過、反射性能、および拡散機能をバランス良く最適化した透過反射板、およびこれを用いた透過反射型液晶表示装置について記載されている。
【０００８】
また、反射透過型液晶表示装置に関する文献として、下記特許文献４を例示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３１１３３２号公報（１９９７年１２月２日公開）
【特許文献２】特開２００４−３７８３１号公報（２００４年２月５日公開）
【特許文献３】特開２００１−３５０００８号公報（２００１年１２月２１日公開）
【特許文献４】特開２００２−１０７５１９号公報（２００２年４月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術を用いた反射透過（半透過）表示には以下の課題がある。
【００１１】
具体的には、上記特許文献１に記載の液晶表示装置は、液晶層中の二色性色素によって明暗の表示を行うものであり、明表示をする場合であっても外部からの入射光の一部は表示に寄与せず損失する。また、光学部材への入射光を、角度選択性をもって反射または透過させるものであるが、表示の明るさに寄与する光の入射方向が限定されてしまう。
【００１２】
特許文献２および３も同様に、表示の明るさに寄与する光の入射方向が限定されてしまうため、輝度が制限される。
【００１３】
また、散乱状態−透過状態を切り替える液晶を、表示における調光手段として用いた場合、特には暗表示を散乱状態で表示する場合には、暗表示の輝度が低下しにくいとの問題点がある。
【００１４】
そして、上記各問題は、表示素子のコントラスト低下を招いている。
【００１５】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コントラストの高い表示素子を実現することにある。
【００１６】
また、特には、高輝度でネガポジ反転の抑制された、反射透過型表示素子をすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の表示素子は、上記課題を解決するために、対向する前面基板及び背面基板と、上記前面基板及び背面基板に挟持された調光層とを備える表示素子であって、上記調光層は、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能であり、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成により、表示素子の背面基板側から入射する光を、上記溝の形状に応じた角度に出射させることができる。また、表示素子の前面基板側から入射する光を、上記溝の形状に応じた角度に反射させることができる。
【００１９】
これにより、暗表示の輝度を低下させ、また、明表示における輝度を向上させることができる。特には、透明状態の調光層を用いて暗表示を行うことが容易になるので、従来の光散乱状態の調光層を用いての暗表示よりも、輝度を低下させることが容易になる。
【００２０】
以上より、コントラストの高い表示素子を実現することが可能になる。
【００２１】
上記溝は、上記前面基板の表示面に対して、傾斜した傾斜面を有していることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成により、調光層を透明状態とすることで、前面基板側から入射する光の反射光をそのまま透過させ、背面基板側から入射する光を上記傾斜面により方向を変化させて透過させる。これにより、暗表示をすることができる。
【００２３】
また、調光層を光散乱状態とすることで、前面基板側から入射する光の反射光を散乱させ、背面基板側から入射する光を上記傾斜面により方向を変化させて散乱させる。これにより、散乱光が観察者の眼に入ることで明表示をすることができる。
【００２４】
このように、前面基板側から入射する光を利用した表示と背面基板側から入射する光を利用した表示とで、調光層の状態と明暗の対応関係が一致するため、前面基板側と背面基板側との両方から光が入射した場合であっても、両者の光を相殺させることなく表示用の光として利用することができる。
【００２５】
これにより、高輝度の表示をすることができる。
【００２６】
上記傾斜面の法線と、上記表示面の法線とのなす角が、３６度以上であることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成により、前面基板側から入射する光の反射方向と、背面基板側から入射する光の出射方向とを適切な方向とすることができる。
【００２８】
上記傾斜面の法線と、上記表示面の法線とのなす角が３６度よりも小さいと、たとえ溝を形成する部材として屈折率が高い（１．７）材料を用いても正面からの光も裏面に抜けるため高輝度の表示を得ることが出来ない。上記角度を３６度以上とすることで、屈折率が１．７以上の材料を用いて溝を形成した場合に前面基板側から入射する光を反射し、表示の輝度を向上させることができる。
【００２９】
なお、溝の部材として屈折率が１．５である材料を用いたときは、上記角度は４２度以上であることが必要である。
【００３０】
上記溝の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が三角形であることを特徴とする。
【００３１】
上記の構成により、背面基板側から入射する光を、溝の延伸方向と垂直な方向に均一に分散し、出射することができる。
【００３２】
これにより、表示面内において輝度の均一化を図ることができる。
【００３３】
上記溝は、上記溝の延伸方向と直交する方向に、複数本連続して設けられており、隣接する溝の間の凸部の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が直角三角形であることを特徴とする。
【００３４】
上記の構成により、前面基板側から入射する光のうち表示面の法線方向および溝の延伸方向と垂直な方向の成分の光を再帰反射させることができる。再帰反射された反射光は、観察者の眼に入ることはないため、調光層が透明状態のときには暗表示をすることができる。
【００３５】
これにより、表示の明暗の反転を抑制することができる。
【００３６】
上記溝は、隣り合う溝同士の間隔がそれぞれ異なるように設けられていることを特徴とする。
【００３７】
上記の構成により、溝の間隔の繰返し周期を大きくすることができる。
【００３８】
ここで、溝の間隔とは、隣接する２つの溝の中心間距離を意味する。
【００３９】
溝の中心とは、溝の延伸方向と垂直な面での溝の断面において、溝を形成する凹部の、上記延伸方向と垂直な方向における中央位置を意味する。
【００４０】
これにより、表示素子の背面基板側から入射する光または表示素子の前面基板側から入射する光が、上記溝により回折されることにより生じる回折光（干渉縞）の発生、および上記回折光が広角に広がることを抑制することができる。
【００４１】
これにより、表示品位を向上することができる。
【００４２】
上記溝は、隣り合う溝同士の間隔が６μｍ以上であることを特徴とする。
【００４３】
上記の構成により、溝の間隔の周期を大きくすることができる。
【００４４】
これにより、表示素子の背面基板側から入射する光または表示素子の前面基板側から入射する光が、上記溝により回折されることにより生じる回折光（干渉縞）の発生、および上記回折光が広角に広がることを抑制することができる。
【００４５】
これにより、表示品位を向上することができる。
【００４６】
上記背面基板に、凹凸が形成されている光学部材が積層されることで、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする。
【００４７】
上記背面基板の表面に凹凸が形成されることで、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする。
【００４８】
上記の構成により、表示素子の構成を簡略化することができる。
【００４９】
これにより、表示素子の生産性の向上、軽量化を図ることができる。
【００５０】
また、空気層を１層省略できるため背面基板と空気層との界面および溝を設けている部材と空気層との界面における反射をなくすことが出来るためコントラストの高い表示をすることができる。
【００５１】
上記背面基板の上記調光層と面さない側に、反射膜が設けられていることを特徴とする。
【００５２】
上記の構成により、前面基板側から入射する全ての光を反射することができる。
【００５３】
これにより、高輝度の表示をすることができる。
【００５４】
上記複数本の溝は、その延伸方向が、直交する２方向になるように設けられていることを特徴とする。
【００５５】
上記の構成により、背面基板側から入射する光を、溝の延伸方向と垂直な方向に均一に分散し、出射することができる。すなわち、背面基板側から入射する光を４方向に分散することができる。
【００５６】
これにより、より広視野角でコントラストの高い表示をすることができる。
【００５７】
上記背面基板の上記溝の背面に、集光フィルムが設けられていることを特徴とする。
【００５８】
上記の構成により、背面基板側から入射する光の指向性を高めることができる。
【００５９】
これにより、背面基板側から入射する光の出射方向を絞ることができ、よりコントラストの高い表示をすることができる。
【００６０】
上記溝は、上記溝の延伸方向が、表示面に表示する表示画像に対応した方向になるように設けられていることを特徴とする。
【００６１】
上記の構成により、表示面の表示画像に対応した延伸方向を備える溝が形成された表示素子を提供することができる。ここで、溝の延伸方向が、表示面に表示する表示画像に対応した方向になる場合とは、例えば、溝の延伸方向が表示画像の左右方向に沿う方向になる場合等を意味する。
【００６２】
前面基板側から入射する光のうち表示面の法線方向および溝の延伸方向と垂直な方向の成分の光は再帰反射される。一方、前面基板側から入射する光のうち溝の延伸方向と平行な方向の成分の光は正反射される。観察者が、溝の延伸方向と垂直な方向に表示面を傾けて観察しても、観察者に入射する上記正反射光の光量の変化は小さい。
【００６３】
これにより、観察者が溝の延伸方向と垂直な方向に表示面を傾けて観察しても、観察者と表示面との角度に応じて生じる表示の明暗の反転を抑制することができる。
【００６４】
上記溝は、上記溝の延伸方向と表示面に表示する表示画像の左右方向とが平行となるように設けられていることを特徴とする。
【００６５】
上記の構成により、表示面の表示画像の左右方向と平行な延伸方向を備える溝が形成された表示素子を提供することができる。前面基板側から入射する光のうち表示面の法線方向および溝の延伸方向と垂直な方向の成分の光は再帰反射される。一方、前面基板側から入射する光のうち溝の延伸方向と平行な方向の成分の光は正反射される。観察者が表示面を上下に傾けて観察しても、観察者に入射する上記正反射光の光量の変化は小さい。
【００６６】
これにより、観察者が表示面を上下に傾けて観察しても、観察者と表示面との角度に応じて生じる表示の明暗の反転を抑制することができる。
【００６７】
本発明の表示方法は、上記課題を解決するために、対向する前面基板及び背面基板と、上記前面基板及び背面基板に挟持された調光層とを備える表示素子を用いた表示方法であって、上記調光層は、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能であり、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられており、上記調光層を透明状態として、上記前面基板側からの入射光について、正反射方向への反射を抑制するとともに、上記背面基板側からの入射光について、上記前面基板の表示面の法線方向への出射を抑制することで、暗表示を行い、一方、上記調光層を光散乱状態として、上記前面基板側からの入射光及び上記背面基板側からの入射光について、上記法線方向へ出射させることで、明表示を行うことを特徴とする。
【００６８】
上記の構成により、表示素子の前面基板側から入射する光を、上記溝の形状に応じた角度に反射させ、表示用の光として利用することができる。
【００６９】
また、背面基板側から入射する光を、上記溝の形状に応じた角度に出射することで、表示用の光として利用することができる。
【００７０】
調光層を透明状態とすることで、前面基板側から入射する光の反射光の正反射方向への透過を抑制して透過させ、背面基板側から入射する光を上記傾斜面により方向を変化させ、上記前面基板の表示面の法線方向への透過を抑制して透過させる。これにより、暗表示をすることができる。
【００７１】
また、調光層を光散乱状態とすることで、前面基板側から入射する光の反射光を散乱させ、背面基板側から入射する光を上記傾斜面により方向を変化させて散乱させる。これにより、散乱光が観察者の眼に入ることで明表示をすることができる。
【００７２】
このように、前面基板側から入射する光を利用した表示と背面基板側から入射する光を利用した表示とで、調光層の状態と明暗の対応関係が一致するため、前面基板側と背面基板側との両方から光が入射した場合であっても、両者の光を相殺させることなく表示用の光として利用することができる。
【００７３】
さらに、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能な上記調光層を用いて、光の透過と散乱に応じた表示を行うことで、表示の明るさに寄与する光の入射方向が限定されない。さらに、偏光板を用いる必要がなく、光の損失を抑えることができる。
【００７４】
これにより、高輝度の表示をすることができる。
【００７５】
上記溝は、上記溝の延伸方向と直交する方向に、複数本連続して設けられており、上記溝の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が三角形であり、隣接する溝の間の凸部の、上記溝の延伸方向と垂直な面での断面形状が直角三角形であることを特徴とする。
【００７６】
上記の構成により、背面基板側から入射する光を、溝の延伸方向と垂直な方向に均一に分散し、出射することができる。
【００７７】
また、前面基板側から入射する光を再帰反射させることができる。再帰反射された反射光は、観察者の眼にも入ることはないため、調光層が透明状態のときには暗表示をすることができる。
【００７８】
これにより、表示の明暗の反転を抑制することができる。
【発明の効果】
【００７９】
本発明の表示素子は、以上のように、上記調光層は、透明状態と光散乱状態とに切り替え可能であり、上記背面基板の上記調光層と面さない側に、複数本の溝が設けられていることを特徴とする。
【００８０】
それゆえ、コントラストの高い表示素子、特には、高輝度の反射透過型表示素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第一の実施形態の反射透過型液晶表示装置の断面外略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の反射透過型液晶表示装置が反射表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、（ａ）は液晶層が透明状態の場合を表し、（ｂ）は液晶層が散乱状態の場合を表す。
【図３】本発明の第一の実施形態の反射透過型液晶表示装置が透過表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、（ａ）は液晶層が透明状態の場合を表し、（ｂ）は液晶層が散乱状態の場合を表す。
【図４】比較例の反射透過型液晶表示装置が反射表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、（ａ）は液晶層が透明状態の場合を表し、（ｂ）は液晶層が散乱状態の場合を表す。
【図５】比較例の反射透過型液晶表示装置が透過表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、（ａ）は液晶層が透明状態の場合を表し、（ｂ）は液晶層が散乱状態の場合を表す。
【図６】本発明の第二の実施形態の反射透過型液晶表示装置の斜視図および平面図である。
【図７】本発明の第三の実施形態の反射型液晶表示装置の断面概略図である。
【図８】本発明の変形例の反射透過型液晶表示装置の断面図である。
【図９】従来の液晶表示装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００８３】
〔実施の形態１〕
本発明の第一の実施の形態について図１〜図５に基づいて説明すると以下の通りである。
【００８４】
＜反射透過型液晶表示装置１０＞
図１は本発明の反射透過型液晶表示装置１０の断面概略図である。図１に示すように、本発明の反射透過型液晶表示装置１０は、表示素子５およびバックライト６（光源）を備えている。
【００８５】
表示素子５は、対向基板１（前面基板）、液晶層２（調光層）、ＴＦＴ基板３（背面基板）、光学部材４を備えており、この順に積層されている。
【００８６】
＜液晶層２＞
本発明の反射透過型液晶表示装置１０に用いる液晶層２は、外部からの制御により、光散乱状態と透明状態とに切り替わる。液晶層２は、光散乱状態のときは、入射光を散乱し、透明状態のときは入射光を透過させる。例えば、液晶層２として、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ：ポリマーネットワーク型液晶）やＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ：高分子分散型液晶）などを用いることができる。
【００８７】
これらの液晶を用いることで、表示素子５に偏光板を設ける必要がないため、高輝度を実現することができる。
【００８８】
液晶層２は、対向基板１とＴＦＴ基板３とに挟持されている。ＴＦＴ基板３には、図示しないＴＦＴ等が設けられており、ＴＦＴの制御により、液晶層２は散乱状態となることで入射光を散乱させ、透明状態となることで入射光を透過させる。
【００８９】
例えば、液晶層２としてＰＮＬＣを用いた場合には、液晶層２に対し電圧が無印加の状態では、液晶層２内部の網目状の高分子繊維に沿って液晶分子が不規則に並び、入射光が散乱されて表示が不透明となる。液晶層２に対し電圧が印加された状態では、液晶分子が表示面に対して垂直に整列するので、入射光が透過されて表示が透明になる。
【００９０】
＜光学部材４＞
光学部材４は、板状の部材であり、一方の面に複数本のライン状の溝形状を有している。溝形状は傾斜面を有しており、山部（凸部）と谷部（凹部）とからなり、山部と谷部が交互に連続して設けられていることが好ましい。すなわち、凹凸が複数本連続して設けられていることが好ましい。
【００９１】
図１に示すように、光学部材４は、溝形状の延伸方向と垂直な面での断面形状が三角形であることが好ましい。これにより、ＴＦＴ基板３側から入射する光を、溝形状の延伸方向と垂直な方向に均一に分散し、出射することができる。
【００９２】
また、図１に示すように光学部材の山部および谷部の頂角は９０°であることが好ましい。すなわち、隣接する溝の間の凸部の、上記溝形状の延伸方向と垂直な面での断面形状が直角三角形である。これにより、対向基板１側から入射する光を再帰反射させることができる。
【００９３】
光学部材４は、溝形状を設けられていない面がＴＦＴ基板と対向し、溝形状の設けられている面がバックライト６に対向するように設けられている。
【００９４】
光学部材４は、可視光領域において透明な部材である。光学部材４としては、住友スリーエム社製のＢＥＦフィルム等を好適に用いることができる。
【００９５】
連続して設けられる溝に起因する回折により、特に強い点光源が存在する環境下で観察すると、光が分光し虹が生じる。この回折光は連続する溝の間隔（溝の間隔の周期）が小さいときに特に広角に広がる特性があり、表示品位の低下を招く。
【００９６】
連続する溝の間隔（溝の間隔の周期）を大きくするために、上記溝は、隣り合う溝同士の間隔がそれぞれ異なるように設けられていることが好ましい。
【００９７】
また、連続する溝の間隔（溝の間隔の周期）を大きくするために例えば、隣り合う溝同士の間隔を６μｍ以上とすることが好ましい。
【００９８】
好ましい具体例として、例えば、隣接する溝と溝との間隔が、１２μm、９μm、７μm、９μm、１２μm、６μm、１１μm、８μm、１２μm、１０μmの順を繰り返すように繰返し周期が９６μｍの溝を形成する。これにより、虹が発生するという視認性の問題は改善される。
【００９９】
ここで、溝の間隔とは、隣接する２つの溝の中心間距離を意味する。溝の中心とは、溝の延伸方向と垂直な面での溝の断面において、溝を形成する凹部の、上記延伸方向と垂直な方向における中央位置を意味する。
【０１００】
＜バックライト６＞
バックライト６は、光学部材４の溝形状が設けられている面と対向するように設けられている。バックライト６は、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向に指向性の強い光を射出するものであることが好ましい。
【０１０１】
また、本発明の反射透過型液晶表示装置１０において、バックライト６は必須の構成ではない。バックライト６を用いない場合であっても、太陽光等の外光を光源として利用することができる。
【０１０２】
＜反射表示＞
本発明の反射透過型液晶表示装置１０を用いた反射表示について図２に基づいて説明する。
【０１０３】
図２は、反射透過型液晶表示装置１０が反射表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、矢印は光の進路を示す。図２（ａ）は、液晶層２が透明状態であり、反射透過型液晶表示装置１０が暗表示を行う状態を示す。図２（ｂ）は、液晶層２が光散乱状態であり、反射透過型液晶表示装置１０が明表示を行う状態を示す。
【０１０４】
図２（ａ）に示すように、液晶層２が透明状態のとき、入射光１１が反射透過型液晶表示装置１０に入射し、出射光１２となって外部に射出する。
【０１０５】
具体的には、例えば光学部材４の屈折率が１．５９の場合、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約９．６度以内の入射角をもって光学部材４に入射する入射光１１は、光学部材４の溝形状形成面にて全反射する。
【０１０６】
すなわち、上記入射光１１の成分のうち、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）の成分は再帰反射または正反射する。また、上記入射光１１の成分のうち、溝形状の延伸方向に対して平行方向（Ｙ方向）の成分は正反射する。
【０１０７】
図２（ａ）に示すように、液晶層２が透明状態のとき、相対的に強い光源からの再帰反射や正反射した光が、観察者に直接入射しないときは、観察者にとって表示は暗表示となる。ここで、観察者が光源となることは考え難いため、再帰反射光が観察者に入射することはない。したがって、液晶層２が透明状態のとき、表示は暗表示となる。
【０１０８】
図２（ｂ）に示すように、液晶層２が光散乱状態のとき、入射光１３が反射透過型液晶表示装置１０に入射し、最終的に散乱光１６となって外部に射出する。
【０１０９】
具体的には、まず、入射光１３は、光散乱状態の液晶層２によって散乱され、その一部が散乱光１４となる。
【０１１０】
例えば、光学部材４の屈折率が１．５９の場合、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約９．６度以下の入射角をもって光学部材４に入射する入射光１３の成分のうち、散乱されなかった成分は上述したように出射光１５となる。出射光１５および散乱光１４は、光散乱状態の液晶層２により散乱され、散乱光１６となる。
【０１１１】
図２（ｂ）に示すように、液晶層２が光散乱状態のときは、観察者に対し、散乱光１６が入射するため、観察者にとって表示は明表示となる。
【０１１２】
以上のように、液晶層２を透明状態としたときは、反射透過型液晶表示装置１０は暗表示をすることができ、液晶層２を光散乱状態としたときは、反射透過型液晶表示装置１０は明表示をすることができる。
【０１１３】
なお、反射透過型液晶表示装置１０の極角約９．６度よりも大きな角度の入射角をもって光学部材４に入射する入射光は、その一部が光学部材４の裏面から抜けるため、表示に寄与しない。
【０１１４】
また、光学部材４を、屈折率を１．７の材料で形成すると、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約１５．３度以下の入射角をもって光学部材４に入射する入射光は、光学部材４の裏面から抜けることなく表示に利用することが出来る。
【０１１５】
このように、光学部材４を高屈折率材料で形成することにより、光学部材４の裏面から一部の入射光が抜けることなく、表示に寄与する入射光の入射角を広げることができる。
【０１１６】
このような高屈折率材料からなる光学部材４は、例えば、酸化チタンをＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の樹脂に分散させることで形成することができる。
【０１１７】
なお、光学部材４の溝の傾斜面と表示面の法線とのなす角が３６度よりも小さい場合、光学部材４の材料として屈折率１．７の高屈折率の材料を用いても、対向基板１側からの光が裏面に抜けるため高輝度の表示を得ることが出来ない。また、光学部材１の材料として屈折率が１．５である材料を用いたときは、上記なす角は４２度以上であることが必要である。
【０１１８】
以上より、光学部材４の溝の傾斜面と表示面の法線とのなす角は、３６度以上であることが好ましく、４２度以上であることがより好ましい。
【０１１９】
＜透過表示＞
本発明の反射透過型液晶表示装置１０を用いた透過表示について図３に基づいて説明する。
【０１２０】
図３は、反射透過型液晶表示装置１０が透過表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、矢印は光の進路を示す。図３（ａ）は、液晶層２が透明状態であり、反射透過型液晶表示装置１０が暗表示を行う状態を示す。図３（ｂ）は、液晶層２が光散乱状態であり、反射透過型液晶表示装置１０が明表示を行う状態を示す。
【０１２１】
図３（ａ）に示すように、液晶層２が透明状態のとき、バックライト６から射出され、光学部材４の溝形状形成面に入射する指向性の強い入射光１７は、出射光１８となって反射透過型液晶表示装置１０の外部に射出する。
【０１２２】
具体的には、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から光学部材４に入射した光は、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約３０度で出射する。すなわち、ＴＦＴ基板３側からの入射光について、表示面の法線方向への出射は抑制される。
【０１２３】
このとき、出射光１８の出射方向から反射透過型液晶表示装置１０の表示面を観察しなければ、表示は暗表示となる。
【０１２４】
図３（ｂ）に示すように、液晶層２が光散乱状態のとき、バックライト６から射出され、光学部材４の溝形状形成面に入射する入射光１９は、散乱光２１となって反射透過型液晶表示装置１０の外部に射出する。
【０１２５】
具体的には、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から光学部材４に入射した光は、反射透過型液晶表示装置１０の表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約３０度で出射し、出射光２０となる。出射光２０は、光散乱状態の液晶層２により散乱され、散乱光２１となる。
【０１２６】
図３（ｂ）に示すように、液晶層２が光散乱状態のときは、観察者に対し、散乱光２１が入射するため、観察者にとって表示は明表示となる。
【０１２７】
以上のように、液晶層２を透明状態としたときは、反射透過型液晶表示装置１０は暗表示をすることができ、液晶層２を光散乱状態としたときは、反射透過型液晶表示装置１０は明表示をすることができる。
【０１２８】
以上のように、本発明の反射透過型液晶表示装置１０の表示方法によれば、明表示において光の損失が無く非常に明るい表示を得ることができる。
【０１２９】
なお、指向性の強い光は、例えば、バックライト６の上に、集光フィルムとして住友スリーエム社製のＢＥＦフィルムを一枚または複数枚重ねることによって得られる。
【０１３０】
上述したように、本発明の光学部材４は、一方の面に溝形状を有している。上記溝形状は単純構造であるため、光学部材４は作成しやすい。また、光学部材４の溝形状形成面から光が入射したとき、光学部材４の溝形状が形成されていない面に直接出てくる光の方向が単純であるため、光学部材４の設置位置を決め易いという効果を得ることができる。
【０１３１】
＜比較例＞
比較例として、本発明の光学部材４を備えていない反射透過型液晶表示装置１００について図４〜図５に基づいて説明する。
【０１３２】
図４は、反射透過型液晶表示装置１００が反射表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、矢印は光の進路を示す。図４（ａ）は、液晶層が透明状態のときの光の進路を示す。図４（ｂ）は、液晶層が光散乱状態のときの光の進路を示す。
【０１３３】
図４に示すように、反射透過型液晶表示装置１００は、表示素子１０５とバックライト１０６とからなる。表示素子１０５の構成は、本発明の反射透過型液晶表示装置１０の表示素子５と同様に、図示しない対向基板、液晶層、およびＴＦＴ基板とを備える。しかしながら、反射透過型液晶表示装置１０の表示素子５とは異なり、光学部材４を備えておらず、代わりに図示しないミラーを備えているものとする。すなわち、反射透過型液晶表示装置１００は、ミラーにより入射光を反射させ、高輝度表示を実現しようとするものである。
【０１３４】
また、反射透過型液晶表示装置１００のバックライト１０６は、指向性の低い光を射出するものとする。
【０１３５】
光学部材４を用いない反射透過型液晶表示装置１００は表示のネガポジ反転、すなわち明暗の反転を生じ、また、コントラストの低下を生じるという問題を有している。以下、具体的に説明する。
【０１３６】
図４（ａ）に示すように、液晶層が透明状態のとき、入射光１１１が反射透過型液晶表示装置１００に入射し、ミラーによって正反射することにより正反射出射光１１２となって外部に射出する。
【０１３７】
反射透過型液晶表示装置１００の液晶層が透明状態のとき、正反射出射光１１２は位置Ａの観察者に入射しないため、位置Ａの観察者にとって表示は暗表示となる。一方、液晶層が透明状態であっても、位置Ｂの観察者は正反射出射光１１２を観察することとなり、位置Ｂの観察者にとって表示は明表示となる。
【０１３８】
また、図４（ｂ）に示すように、液晶層が光散乱状態のとき、入射光１１３が反射透過型液晶表示装置１００に入射し、ミラーによって正反射することにより正反射出射光１１４となって外部に射出するとともに、正反射出射光１１４は液晶層により散乱され、散乱光１１５となる。
【０１３９】
反射透過型液晶表示装置１００の液晶層が光散乱状態のとき、散乱光１１５は位置Ａの観察者に入射するため、位置Ａの観察者にとって表示は明表示となる。一方、液晶層が光散乱状態のとき、散乱光１１５は位置Ｂの観察者に入射し、位置Ｂの観察者にとって表示は明表示となる。このとき、位置Ｂの観察者にとっては、直接光である正反射出射光１１２よりも間接光である散乱光１１５の方が輝度は低いと感じる。
【０１４０】
以上のように、光学部材４を備えていない反射透過型液晶表示装置１００では、液晶層が透明状態のとき、位置Ａと位置Ｂとで明暗が反転する。
【０１４１】
また、光学部材４を備えていない反射透過型液晶表示装置１００では、位置Ａの観察者にとっては、液晶層が透明状態のときに暗表示であり、液晶層が光散乱状態のときに明表示であるのに対し、位置Ｂの観察者にとっては、液晶層が透明状態のときに明表示であり、液晶層が光散乱状態のときに暗表示となってしまう。すなわち、表示がネガポジ反転してしまう。
【０１４２】
また、図５は、反射透過型液晶表示装置１００が透過表示を行う場合の光の進路を示す概略図であり、矢印は光の進路を示す。図５（ａ）は、液晶層が透明状態のときの光の進路を示す。図５（ｂ）は、液晶層が光散乱状態のときの光の進路を示す。
【０１４３】
図５（ａ）に示すように、液晶層が透明状態のとき、指向性の低い入射光１１６は、そのまま反射透過型液晶表示装置１００の外部に射出され、観察者に入射する。
【０１４４】
また、図５（ｂ）に示すように、液晶層が光散乱状態のとき、指向性の低い入射光１１８は、液晶層により散乱されることで、散乱光１１９は反射透過型液晶表示装置１００の外部に射出され、観察者に入射する。
【０１４５】
以上のように、反射透過型液晶表示装置１００により透過表示を行う場合、液晶層の光散乱状態と透明状態とを切り換えても、いずれにしても観察者に光が入射するため、明暗のコントラストの高い表示を得ることができない。
【０１４６】
（実施の形態１の総括）
画素内に反射部と透過部を設けた従来の半透過型表示装置と比べ、本発明の反射透過型液晶表示装置１０は開口部全面を反射表示および透過表示に同時に利用することができるとともに、偏光板を用いないため光利用効率が高い表示を得ることができる。
【０１４７】
また、反射光を利用するときと透過光を利用するときで明暗に対応する液晶層の状態が同じであるため、反射透過型液晶表示装置１０の表示面と裏面の両方から光が入射している状態においてもそれぞれの光を相殺することなく利用することができる。
【０１４８】
さらに、指向性の強い太陽光等が反射透過型液晶表示装置１０の裏面から照射される環境、例えば窓際等の環境に設置することで、昼間は太陽光、夜は室内光を利用した表示ができ、液晶層２が透明状態のときは暗く、光散乱状態において非常に明るい表示が得られる。
【０１４９】
〔実施の形態２〕
本発明の第二の実施の形態について図６に基づいて説明すると以下の通りである。
【０１５０】
なお、説明の便宜上、上記実施の形態１で説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１５１】
＜反射透過型液晶表示装置３０＞
図６は、本発明の第二の実施の形態の反射透過型液晶表示装置３０の斜視図および平面図である。矢印は、光の進路を示す。図６は説明のため、各部材間に間隔を設けているが、実際はこれに限定されない。
【０１５２】
反射透過型液晶表示装置３０は、実施の形態１の反射透過型液晶表示装置１０と異なり、光学部材３１および光学部材３２の２つの光学部材を備えている。
【０１５３】
光学部材３１と光学部材３２とは、光学部材３１の溝形状の延伸方向と、光学部材３２の溝形状の延伸方向とが、平面視において互いに直交する２方向となるように設けられている。
【０１５４】
バックライト６は、反射透過型液晶表示装置３０の表示面の法線方向に指向性の強い光を射出するものであることが好ましい。
【０１５５】
バックライト６から射出された入射光３３は、バックライト６の直上に設けられた光学部材３１に入射し、左右方向（Ｘ方向）に分散され、入射光３４として出射される。入射光３４は、光学部材３１の直上に設けられた光学部材３２に入射し、それぞれが上下方向（Ｙ方向）に分散され、入射光３５として出射される。
【０１５６】
バックライト６から射出された光は、平面視において反射透過型液晶表示装置３０の中心から四隅に向けた方向に分散される。言い換えると、バックライト６から射出された光は、平面視において反射透過型液晶表示装置３０の中心から＋Ｙの方向を０度としたときに、４５度、１３５度、２２５度、３１５度の４つの方位角方向に分離する。
【０１５７】
このとき、光学部材３１・３２として屈折率が１．５９の樹脂を用いた場合、各入射光３５の極角方向は約３０度となる。
【０１５８】
これらの入射光３５が液晶層２に入射することにより、液晶層２が透明状態のときには上記４つの方位角方向に出射光３６として抜け、少なくともパネル法線方向から観察する観察者にとっては暗表示となる。
【０１５９】
また、液晶層２が光散乱状態のときには、出射光３６が散乱することで観察者にとって明表示となる。
【０１６０】
本実施の形態の反射透過型液晶表示装置３０は、表示面側から入射する光は、実施の形態１において説明したのと同様に、光学部材３２によって反射され反射型表示ができる。
【０１６１】
また、指向性の強いバックライトなどによって反射透過型液晶表示装置３０の裏面から光が入射するときは、正面付近、上下方向に傾斜させた方向、および左右方向に傾斜させた方向において反転することなく、コントラストの高い透過型表示をすることができる。言い換えると、反射透過型液晶表示装置３０の表示面に対し一定限の極角をもつ方向から観察しても、ネガポジ反転を防止したコントラストの高い透過型表示をすることができる。すなわち、広視野角においてネガポジ反転を防止したコントラストの高い透過表示をすることができる。
【０１６２】
また、反射光を利用するときと透過光を利用するときで明暗に対応する液晶層の状態が同じであるため、反射透過型液晶表示装置３０の表示面と裏面の両方から光が入射している状態においてもそれぞれの光を相殺することなく利用することができる。
【０１６３】
〔実施の形態３〕
本発明の第三の実施の形態について図７に基づいて説明すると以下の通りである。
【０１６４】
なお、説明の便宜上、上記実施の形態１で説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１６５】
＜反射型液晶表示装置５０＞
図７は、本発明の反射型液晶表示装置５０の断面概略図である。
【０１６６】
反射型液晶表示装置５０は、バックライト６を備えていない。また、光学部材４の溝形状形成面に反射膜５１が設けられている。反射型液晶表示装置５０は主に、反射表示に特化している。
【０１６７】
反射膜５１は、例えば、金属膜や誘電体多層膜等で形成される。
【０１６８】
反射透過型液晶表示装置１０は反射膜５１を備えていないため、例えば光学部材４の屈折率が１．５９の場合、表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に極角約９．６度よりも大きな角度の入射角をもって光学部材４に入射する入射光は、その一部が光学部材４の裏面から抜けるため、表示に寄与しない。
【０１６９】
しかし、本実施の形態の反射型液晶表示装置５０は、反射膜５１を備えているため、表示面から入射する全ての光を反射することができる。これにより、より明るい反射型表示をすることができる。
【０１７０】
表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に傾斜した入射光については、角度に依存したある割合が再帰反射する。そのため、平坦なミラー反射をする反射板を用いたときに比べて、正反射が少なくネガポジ反転の少ない表示をすることができる。
【０１７１】
＜変形例＞
本発明の変形例について図８に基づいて説明すると以下の通りである。
【０１７２】
なお、説明の便宜上、上記実施の形態１で説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１７３】
図８は、本発明の変形例の反射透過型液晶表示装置６０の断面図である。反射透過型液晶表示装置６０は、対向基板１、液晶層２、ＴＦＴ光学基板６１がこの順で積層されている。ＴＦＴ光学基板６１は、液晶層２と対向する面の反対側の表面に溝形状を有している。ＴＦＴ光学基板６１は、上述したＴＦＴ基板３と光学部材４との両方の機能を備えている。
【０１７４】
これにより、反射透過型液晶表示装置６０は、その構成を簡略化することができるため、生産性の向上、軽量化を図ることができる。
【０１７５】
また、空気層を１層省略できるため背面基板と空気層との界面および溝を設けている部材と空気層との界面における反射をなくすことが出来るためコントラストの高い表示をすることができる。
【０１７６】
表示画像を観察する際は、反射透過型液晶表示装置１０、３０、６０または反射型液晶表示装置５０の表示面の法線方向から観察するか、または観察者に対して表示面を上下に傾けて観察することが多く、左右に傾けて観察することは少ないと考えられる。
【０１７７】
そこで、表示面の法線方向（Ｚ方向）から、溝形状の延伸方向に対して垂直方向（Ｘ方向）に傾斜した入射光については、角度に依存したある割合が再帰反射するという特性を活かし、溝形状の延伸方向が表示画像に対応した方向になるように、光学部材４（または、ＴＦＴ光学基板６１）を配置することが好ましい。
【０１７８】
ここで、溝形状の延伸方向が表示画像に対応した方向になる場合とは、例えば、溝形状の延伸方向が表示画像の左右方向に沿う方向になる場合等を意味し、上記延伸方向と上記左右方向とが平行であることがより好ましい。
【０１７９】
これにより、観察者が表示面を上下に傾けて観察しても、観察者と表示面との角度に応じて生じる表示の明暗の反転を抑制することができる。
【０１８０】
これにより、ネガポジ反転の少ない表示を得ることができる。
【０１８１】
なお、本発明の表示素子は、反射透過型（半透過型）の液晶表示装置のみならず、反射型や透過型の液晶表示装置にも適宜適用することができる。
【０１８２】
本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、高輝度の反射型表示装置または反射透過型表示装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１８４】
１    対向基板
２    液晶層
３    ＴＦＴ基板
４    光学部材
５    表示素子
６    バックライト
１０  反射透過型液晶表示装置
１１  入射光
１２  出射光
１３  入射光
１４  散乱光
１５  出射光
１６  散乱光
１７  入射光
１８  出射光
１９  入射光
２０  出射光
２１  散乱光
３０  反射透過型液晶表示装置
３１    光学部材
３２    光学部材
３３    入射光
３４    入射光
３５    入射光
３６    出射光
５０    反射型液晶表示装置
６０    反射透過型液晶表示装置
６１    ＴＦＴ光学基板
１００  反射透過型液晶表示装置
１０５  表示素子
１０６  バックライト
１１１  入射光
１１２  正反射出射光
１１４  正反射出射光
１１３  入射光
１１５  散乱光
１１９  散乱光
１１６  入射光
１１８  入射光
【図１】
0005687180.tif 000002
【図２】
0005687180.tif 000003
【図３】
0005687180.tif 000004
【図４】
0005687180.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005687180.tif 000007
【図７】
0005687180.tif 000008
【図８】
0005687180.tif 000009
【図９】
0005687180.tif 000010